1、高速切削技術高速切削技術 高速切削技高速切削技術術l 高速切削技術概論l 高切削的優勢和應用領域l 高速切削關鍵技術l 高速切削的安全防護l 高速切削目前研究內容l 高速切削現狀和不足l 高速切削戰略意義和發展方向INDEX高速切削技術高速切削技術 高速切削是一個相對概念，是德國切削物理學家薩洛蒙于1931年提出，是相對常規切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。一般認為應是常規切削速度的510倍。 高速切削的速度范圍與加工方法和工件材料密切相關。高速切削概論 定義高速切削技術高速切削技術切削速度切削溫度TcrTav1vcrv2高速切削概論 定義高速切削技術高速切削技術 常規切削速度范圍內，

2、切削溫度切削速度提高而升高，一定工件材料對應有一個臨界切削速度，此處切削溫度最高，但當切削速度超過臨界值后，切削溫度不升下降。每一種工件材料，都存一個速度范圍，該范圍內，切削溫度太高，刀具材料無法承受，切削加工不能進行，這個范圍稱之為“死谷”。切削速度能越過“死谷”，高速區工作，則有可能用現有刀具進行高速切削，切削溫度與常規切削基本相同，大大減少切削工時，大幅度提高機床生產效率。高速切削概論 原理高速切削技術高速切削技術切削力小切削力小切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力減少，切削變形減小，使切削力比常規切削降低30%以上，尤其是主軸軸承、刀具、工件受到徑向切削力大幅度減少，特別適合于加

3、工薄壁類剛性差工件，如飛機上機翼壁板等。工件熱變形小工件熱變形小高速切削時，90%以上切削熱來不及傳給工件就被高速流出切屑帶走，工件積累熱量少，工件溫升不會超過3，基本保持冷態，不會溫升導致熱變形，特別適合于加工細長易熱變工件。高速切削的優勢高速切削技術高速切削技術材料切除率高材料切除率高隨切削速度提高，進給速度也相應提高5倍10倍，單位時間內材料切除率可達常規切削3倍6倍，適用于材料切除率要求大場合，航空航天、汽車和模具制造等領域，高速切削技術已成為加工整體構件最理想制造技術。工藝系統振動小，可實現高精度、低粗糙度加工工藝系統振動小，可實現高精度、低粗糙度加工高速切削時，機床激振頻率很高，使

4、加工過程平穩，振動小，可實現高精度、低粗糙度加工。高速切削加工獲表面質量常可達磨削水平，常可省去銑削后精加工工序。高速切削尤其適合于光學等領域加工。高速切削的優勢高速切削技術高速切削技術可加工難加工材料可加工難加工材料難加工材料如高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復合材料和耐磨鑄鐵等切削加工切削效率低，刀具壽命短。高速切削時，切削力小，切屑變形阻力小，刀具磨損小，故可加工一些難加工材料。高速干切削可以實現加工過程綠色制造高速干切削可以實現加工過程綠色制造高速干切削就是切削加工過程中不使用任何切削液工藝方法，是對傳統切削方式一種技術創新。它相濕切削而言，是一種從源頭上控制污染綠色切削和清潔制造工藝，

5、它消切削液使用對外部系統造成負面影響。目前，能實現高速干切削工件材料有鑄鐵、鋁合金、滾動軸承鋼等。高速切削的優勢高速切削技術高速切削技術高速切削的應用領域 航空航天工業航空航天工業輕合金的加工：飛機上的零件通常采用“整體制造法”，其金屬切除量相當大（一般在70以上），采用高速切削可以大大縮短切削時間。 模具制造業模具制造業：型腔加工同樣有很大的金屬切除量，過去一直為電加工所壟斷，其加工效率低。 汽車工業汽車工業：對技術變化較快的汽車零件，采用高速加工。（過去多用組合機加工，柔性差） 難加工材料難加工材料的加工（如：Ni基高溫合金和Ti合金） 纖維增強復合材料纖維增強復合材料加工 精密零件精密零

6、件加工 薄壁易變形零件薄壁易變形零件的加工高速切削技術高速切削技術高速切削的應用領域例1：高精度鋁質模具型腔加工高精度鋁質模具型腔加工：在傳統銑削加工中，由于鋁熔點低，鋁屑容易粘附在刀具上，雖經后續的鏟刮、拋光工序，型腔也很難達到精度要求，在制時間達60小時。 高速銑削分粗、精兩道工序：n精20000r/min，ap=0.2mm， vf=5m/min；加工周期僅為6小時，完全達到精度要求。 例2：塑料的輪胎型芯加工：塑料的輪胎型芯加工：用傳統方法(手工)需十幾道工序，在制時間20天以上，也很難達到復雜輪胎花紋的技術要求。 采用高速銑削，n 18 000r/min，ap=2 mm，vf=10m/

7、min，在制時間僅24小時就完全達到了工藝要求。 高速切削技術高速切削技術高速切削的關鍵技術 高速切削是一項復雜的系統工程。高速切削不只是切削速度的提高，它的發展涉及到機床、刀具、 工藝和材料等諸多領域的技術配合和技術創新。高速主軸高速進給系統高速切削輕金屬技術高速切削鋼和鑄鐵技術高速切削刀具材料高速切削刀具系統高速切削技術高速切削技術高速切削的切削機床對高速切削機床要求 床身等固定部件的高剛度和高抗振性 主軸的高轉速和高加速度 進給系統的高進給速度和高加速度 主軸軸承的高剛度和高抗振性 優化的切屑下落及運送系統 可靠的安全防護系統高速切削技術高速切削技術高速切削的切削機床設計特征高速電機主軸

8、直線電機（Z軸）混凝土聚合物床身框架 焊接結構橫梁焊接結構XY工作臺直線電機驅動噪音小噪音小啟停性能良好啟停性能良好足夠的剛性足夠的剛性和回轉精度和回轉精度先進的潤滑冷卻系統先進的潤滑冷卻系統可靠的主軸檢測系統可靠的主軸檢測系統大功率大功率結構緊湊結構緊湊總質量小總質量小熱穩定性良好熱穩定性良好主主軸軸系系統統高速切削技術高速切削技術對高速切削主軸系統的要求高速度（高速度（60120m/min）1 高加速度（普通機床高加速度（普通機床12g，最高可達，最高可達210g）2高靜態、動態精度高靜態、動態精度3高安全性高安全性4低成本低成本5高速切削技術高速切削技術對高速機床進給驅動系統的要求高速切

9、削技術高速切削技術高速切削的切削刀具特點：“三高一專 ”，即高效率、高精度、高可靠性和專用化 在基體上焊接刀片（材料CBN，PCD）的HSC刀具以高強度鋁合金做基體的HSC端面銑刀帶內部冷卻的鉆頭 高硬度，高強度，高耐磨性。 高韌度，高抗沖擊性。 高熱硬性，高化學穩定性。 高抗熱沖擊性。高速切削技術高速切削技術對高速切削刀具的要求高速切削技術高速切削技術高速切削常用刀具種類金剛石刀具高速切削技術高速切削技術高速切削常用刀具種類立方氮化硼刀具 高速切削技術高速切削技術高速切削常用刀具種類陶瓷刀具高速切削技術高速切削技術高速切削常用刀具種類涂層刀具金剛石刀具 優點：刃鋒利，能切下極薄切屑，冷硬現象

10、少，摩擦系數低，無積屑瘤。 缺點：熱穩定性差，強度低，脆性大，對振動敏感，只適用于微量切削。高速切削技術高速切削技術立方氮化硼刀具 （CBN） 特點：熱穩定性好，化學惰性大，摩擦系數低。 應用：淬硬鋼、高溫合金、冷硬鑄鐵。 成分：錫、鉛、銻以及他們的氮化物。高速切削技術高速切削技術陶瓷刀具 優點：化學性好，耐氧化，不易粘結，加工表面粗糙度小。 缺點：強度低、韌性差。高速切削技術高速切削技術涂層刀具Al O 高溫下熱穩定性良好。TiN 與金屬親和力小，濕潤性好。TiC 硬度高，抗磨損性好。高速切削技術高速切削技術高速切削技術高速切削技術高速切削的安全防護技術高速切削技術高速切削技術高速切削的安全

11、防護技術高速卡盤的防護墻10 mm1,5 mm50 mm可移動防護墻內鋼板（卡盤）外鋼板（機床）聚氨酯泡沫塑料失效卡盤零部件具有可達30kNm的能量，應盡可能在事故地點防護。PTW高速切削技術高速切削技術高速切削的安全防護技術高速車床防護墻PTW20 mm1,5 mm50 mm內鋼板（機床）外鋼板（工人）聚氨酯泡沫塑料可移動內側門機床防護墻薄弱點是機床的防護窗口 高速切削技術高速切削技術高速切削的安全防護技術機床防護門 高速切削技術高速切削技術目前研究內容 高速切削技術高速切削技術高速切削發展現狀 高速切削技術以其高效率、高精度、高可靠性和專用化的特點正在被越來越廣泛的應用在機械加工領域。二十

12、世紀末期 ,隨著我國經濟體制的轉軌和市場化進程的不斷加快 ,我國機械制造業大量引進和開發先進的數控自動生產線、數控機床 、刀具等 ,同時,包括高速切削技術在內的先進制造技術及其相關的生產模式、管理技術等也在企業中得到日益廣泛的應用 ,并展現出良好的發展前景。 高速切削技術高速切削技術高速切削發展現狀 國外 德國Darm st adt工業大學PTW所以舒爾茨教授為核心的科研小 組和日本京都大學工學研究科以垣野教授為核心的課題組均已制出商品化的高速切削機床,在德國和日本的企業界,都分別享有較高的聲譽。 舒爾茨教授在德國政府強有力的資助下,聯合18家企業,共同攻關,從1984年到1989年,完成高速

13、切削機床各相關硬件與軟件的開發,研究水平超過了當時居領先地位的美國。1993年,直線電機的出現拉開了高速進給的序幕, 從而也使高速切削技術走向成熟應用階段。目前,PTW所研制的高速機床已在德國許多企業里應用。 垣野教授聯合9家企業,于1996年研制出日本第一臺商品化臥式高速切削加工中心,該加工中心主軸轉速30000r/min,最大進給速 度80m/min,加速度為2g,重復定位精度1Lm。目前,垣野研究室研究成果在日本企業界甚至在國際上均產生重大影響。 高速切削技術高速切削技術高速切削發展現狀 國內 我國在90年初開始有關高速切削機床及工藝的研究。研究內容包括水泥床身、超高速主軸系統、全陶瓷軸

14、承及磁懸浮軸承、快速進給系統、有色金屬及鑄鐵超高速切削機理與適應刀具等方面。通過我國科技工作者的艱苦工作, 各項關鍵技術都取得了顯著進展。部分單項技術指標可達國際先進水平。 然而高速切削機床是諸多高新技術的高度集成, 并且在一定的市場需求驅動下才能真正發展起來。目前,真正應用于工業生產的完全由我國自行開發的國產高速切削機床還沒有。 高速切削技術高速切削技術高速切削技術國內和國外的差距 由于種種原因 ,我國企業應用的高速加工技術及其相關設備大多由國外直接引進 ,國內對高速加工技術中一些基礎共性技術的自主性研究不足 ,與工業發達國家相比 ,我國在以下方面存在較大差距 : 高性能刀具材料的研發、刀具

15、制造工藝技術、刀具安全技術及刀具使用技術等領域對于高速切削機理的基礎共性研究也處于起步階段 。 機床關鍵功能部件的研發落后 于市場需求 ,如轉速 20000r/ min 以上的大功率高剛性主軸 、直線電機 、快速響應數控系統等的設計制 造技術尚未掌握 ; 多功能復合機床設計 、制造網絡 、 通訊網絡等先進技術的應用還處于初級階段 觀念誤區，目前國內對高速切削技術普遍存在一些觀念誤區 ,認為高速加工技術可適用于任何企業，然而其應用效益要視產品的技術附加值、加工技術要求、市場需求、企業的生產、管理模式、技術水平等各方面具體情況而定。因此在企業技術改造中,切忌“邯鄲學步”,生搬硬套 ,不加分析地盲目

16、引進、應用高速加工技術 。 由于高速切削具備一系列顯著優點, 因而在航空航天、汽車等行業得到應用, 這些部門進口的高速切削機床已頗具規模。然而, 由于 國內缺乏自主研發能力和關鍵技術的丟失使國內和國外一直存在較大差距，其原因歸納如下： （1）在高速切削技術原理的認識上存在誤區。高速切削技術是對常規切削的重大突破, 在切削加工工藝安排、切削用量選 擇及刀具應用等方面有較大的特殊性, 普通切削 工藝及傳統刀具不能滿足高速切削技術要求, 而這一點往往沒有被實際操作人員認識。 （2）生產實際中缺乏較全面的實用化的高速切削工藝數據庫。 （3）高速切削刀具未形成系列化、標準化。 （4）缺乏自主創新能力關鍵

17、技術無法突破，以及產品穩定性一直無法突破 高速切削技術高速切削技術存在差距因素 高速切削技術高速切削技術高速切削戰略意義 近年來, 國際國內形勢的 發展給我國機械制造業帶來了機遇, 尤其是給高 速切削工藝的應用提供了有利條件。主要體現在 以下幾方面:( 1 ) 各種高尖新產品不斷涌現, 產品能否占領 市場主要取決于產品的性能價格比。高效率生產 出高質量的產品是贏得競爭的惟一途徑。高速切削工藝的優勢, 也體現在高效率、高精度等方面。 ( 2 ) 隨著我國經濟實力的不斷提高,激烈的市場競爭,迫使目前我國擁有的高速切削機床的規模還要擴大,這必將要求有較為成熟的高速切削工藝與之相匹配,使之充分發揮作用

18、。( 3) 航空部門大型整體薄壁飛機結構件加工將普遍采用高速銑削工藝,減輕整機重量,提高飛機整機性能。 高速切削技術高速切削技術( 4 ) 模具制造業中普遍采用高速加工中心, 形成高切削速度、高進給速度、小切深、小走刀步距、能連續長路程切削的模具加工新工藝,對淬硬鋼的高速銑削成為縮短模具開發周期、降低制造成本的主要途徑。( 5) 汽車制造業將更加積極地采用高速切削加工中心,完成高效高精度生產。( 6 ) 干式( 準干式) 切削的綠色制造技術將給高速切削工藝的應用提供極好的機會。( 7 ) 高速切削工藝范圍,能滿足從粗加工到精加工的全部加工要求,并且能顯著減少拋光工時,提高高速切削工藝同其它加工

19、工藝競爭的能力高速切削戰略意義 高速切削技術高速切削技術高速切削技術發展趨勢 高效率、高精度、高柔性和綠色化是機械加工領域的發展趨勢。高速切削加工技術必將沿著安全、清潔生產和降低制造成本的方向繼續發展，而成為21世紀切削技術的主流 。 （1）切削速度主要受限于機床主軸最高轉速和功率。因此具有小質量、大功率的高速電主軸、高加速度的快速直線電機和高速精密數控系統，以及配套的高速軸承及其潤滑技術、刀庫技術和自動換刀裝置及監控技術等正在迅速發展，可望達到更高的加工水平。 （2）材料的高速切削加工目標主要受刀具壽命困擾，因此發展新型高溫力學性能（硬度、強度與斷裂韌性）和高抗熱震性能更高的高可靠性的刀具材料對進一步發展高速切削技術具有決定性的意義。 高速切削技術高速切削技術 （3） 現有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金屬陶瓷、涂層刀具和超細硬質合金刀具等仍將起主導作用，并將得到新的發展。進一步發展新型高溫力學性能和高抗熱震性能的高可靠性的刀具材料（包括自潤滑刀具材料），特別是為加工超級合金和高性能新型工程材料和高速干切削的刀具材料是發展的重點。 （4）金剛石刀具領